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高中化学选修4第四章第四节


第四章 电化学基础
第4节 金属的电化学腐蚀与防护

金属的腐蚀在生活中非常普遍
钢铁生锈

2015-5-12

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铜器生锈

Cu2(OH)2CO3
铜 器 表 面 生 成 铜 绿

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/>3

金属腐蚀的严重性和危害性
阅读:课本第84页 第1、2自然段

―金属的腐蚀与防护”始终是一个世界性 的异常棘手的科技难题。 在发达国家每 年由于金属腐蚀造成的直接经济损失约占 全年国民生产总值的2%~4%,远远超过各 种自然灾害造成损失的总和!了解金属腐 蚀原因和寻求防止金属腐蚀的方法具有重 要意义。
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一、金属的腐蚀
1. 金属腐蚀 是指金属或合金跟接触的气体或 液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。 ?金属腐蚀的本质:金属原子
失 e-

金属阳离子

M – ne- → Mn+ (氧化反应)

接触到的气体或液体不同

二、金属腐蚀的类型:

(1)化学腐蚀
金属跟接触到的物质直接发生化学反应 而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。 (2)电化学腐蚀

不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发 生原电池反应,比较活泼的金属失电子 而被氧化的腐蚀叫做电化学腐蚀。
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化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
化学腐蚀 金属跟接触的 条件 物质反应 现象 不产生电流 反应 金属被氧化
相互 关系
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电化学腐蚀 不纯金属或合金跟 电解质溶液接触 有微弱的电流产生 较活泼的金属(负 极)被氧化

化学腐蚀和电化学腐蚀同时发生, 但电化学腐蚀更普遍
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请比较下列Fe腐蚀的快慢?

铁与酸反应,铁被 腐蚀。
腐蚀速率较慢。
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铁与碳形成原电池 铁作负极被腐蚀。
腐蚀速率较快。
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钢铁在干燥的空气里长时间不易 被腐蚀,但在潮湿的空气里却很 快被腐蚀,这是什么原因呢? 在潮湿的空气里,钢铁表面吸附了一层薄 薄的水膜。水中溶有O2、CO2、SO2等气体, 这样在钢铁表面形成了一层电解质溶液 的薄膜,它跟钢铁里的铁和少量的碳构成 无数微小的原电池。
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钢铁电化腐蚀的类型:
(1)析氢腐蚀:当水膜酸性较强时
Fe – 2e - = Fe2+ 负极(Fe): 正极(碳): 2H+ +2e - = H2↑ 总反应: Fe +2H + = Fe2 + + H2↑

酸雨
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钢铁的析氢腐蚀示意图

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(2)吸氧腐蚀:当水膜酸性较弱或中性时
负极(Fe): 2Fe – 4e - = 2Fe2+ 正极(碳): O2 + 2H2O +4e - = 4OH总反应: 2Fe + O + 2H O = 2Fe(OH)
2 2

2

4Fe(OH)2 +O2+2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 = Fe2O3 ? xH2O +(3-x)H2O (铁锈的主要成份)

钢铁的吸氧腐蚀示意图
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P85实验4-3

现象

导管中的液面上升

说明了什么? 铁钉发生了什么腐蚀?
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吸氧腐蚀
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4.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较
析氢腐蚀 条 件 吸氧腐蚀 水膜呈中性或酸性很弱。

水膜呈酸性。
Fe-2e=Fe2+

2+ 2Fe-4e=2Fe 负极Fe(- ) O +2H O+4e=4OH 2 2 电 正极C(+) 2H+ + 2e- = H2↑ 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 极 总反应: Fe + 2 H+ = Fe2++ H ↑ 2 反 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 应 Fe2O3 · nH2O

(铁锈)

联 系
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通常两种腐蚀同时存在,但后者更普遍。
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结论 判断金属腐蚀快慢的规律
1、电解原理引起的腐蚀 > 原电池原理引起的腐蚀 > 化 学腐蚀>防腐措施的腐蚀

电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>防腐措施的 腐蚀
2、对同一种金属来说,腐蚀的快慢: 强电解质溶液 > 弱电解质溶液 > 非电解质溶 液 3、活泼性不同的两金属,活泼性差别越大,腐蚀越慢。 4、对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀 越快。

思考与交流 请根据生活常识总结金属防护常用的 方法,并解释这些方法为什么可以达 到防止金属腐蚀的目的。

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健身器材刷油漆以防锈

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衣架和电线的外面 包上一层塑料层

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某些工具的“机械转动部位”选用 油脂来防锈,为什么不能用油漆

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自行车的钢圈和车铃是在钢上镀上 一层既耐腐蚀又耐磨的Cr
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二、金属的电化学防护
①改变金属内部的组织结构,制成合金(如不锈 钢)。 ②在金属表面覆盖保护层。如喷油漆、涂油脂、 电镀(用Zn、Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜作 保护层)或表面钝化。

原理:隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。
③电化学保护法。即将金属作为原电池的正极或 电解池的阴极而受到保护。
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1.牺牲阳极的阴极保护法
形成原电池时,让被保护金属作正极 原理 : (阴极),不反应受到保护;而活泼金 属作负极(阳极),反应受到腐蚀。

2.外加电流的阴极保护法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池 原理 : 的两个极,使被保护的金属作为阴极,在 外加直流电的作用下使阴极得到保护。此 法主要用于防止土壤、海水及水中金属设 备的腐蚀。

辅助阳极 (不溶性)

[交流研讨]
你知道自行车的金属部件采用了什么样的防护措施吗 ?
烤漆 烤蓝 镀铬

涂机油
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镀锌

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1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:
(1) 吸氧 Fe–2e-=Fe2+ (2) 若液面上升,则溶液呈 中性或碱性 正极: 性,发生

腐蚀,电极反应式为:负极: O2+2H2O+4e-=4OH- 性,

若液面下降,则溶液呈 酸性

发生 析氢 腐蚀,电极反应式为: 负极: Fe–2e-=Fe2+

正极: 2H++2e-=H2↑

1.解释下列现象:

(1)马口铁(镀Sn铁皮)做的罐头,打开后 为什么极易生锈? (2) 轮船船壳的水线以下部分,为什么 要装上一定数量Zn块?
(3)烧过菜的铁锅未及时洗净(残液NaCl), 第二天便出现红褐色锈斑。
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2.在经常受酸雨危害的地区,金属制品 析氢 易受腐蚀。其中铁制品主要发生____ 腐蚀,负极反应式为 _____________________ ;铜制品发 Fe - 2e- = Fe2+ 吸氧 腐蚀,正极反应式是 生______ ++4e-= 2H O O +4H _____________________ 。 2 2
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3.如图所示,甲、乙两试管中各放一枚 铁钉,甲试管中为NaCl溶液,乙试管为 NH4Cl溶液(溶液呈弱酸性).数天后观察到 的现象是 Fe被腐蚀,U型管中甲端的液面高于乙端的液面, O2+2H2O+4e-=4OH甲中正极反应为_______________. 乙中正极反应为 2H++2e— = H2↑ . 试管中残留气体平均相对分子质量的变化 为甲 减少 ,乙 减少 .
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4.分析右图,按要求写出有关反应方
程式:

(1)铁棒上的电极反应式为:
_________________________ 2Fe–4e-=2Fe2+

(2)碳棒上的电极反应式为:
O2+2H2O+4e-=4OH_________________________

(3)溶液中发生反应的化学方程式:
2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2 _________________________ 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 _________________________
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5.盐酸与锌片反应时,若加入可溶性醋酸
铜晶体[(CH3COO)2Cu],将产生两种影 响生成速率的因素.

其一是: Zn置换出Cu形成了原电池,从而 _______
加快了反应速率 ___ ______
_______,
+与CH COO-结合生成醋酸,使 H 其二是: _______ 3 ___ +浓度减小,从而减慢了反应速率 H _______________________________。
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6.下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到 慢的顺序__________________ (5)>(2)>(1)>(3)>(4)

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7.下列说法正确的是 ( CD ) A.钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀,所以合 金都不耐腐蚀 B.原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因,故 不能用来减缓金属的腐蚀 C.钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水膜 的pH不同,引起的正极反应不同 D.无论哪种类型的腐蚀,其实质都是金属被氧 化

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8. 铜制品上的铝质铆钉,在潮湿空气中易腐 蚀的原因可描述为 ( A ) A. 形成原电池铝作负极 B. 形成原电池时铜作负极 C. 形成原电池时,电流由铝经导线流向铜 D. 铝质铆钉发生了化学腐蚀 9. 以下现象与电化腐蚀无关的是 ( D ) A. 黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜锈 B. 生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生锈 C. 铁质器件附有铜质配件,在接触处易生锈 2015-5-12 D. 银质奖牌久置后表面变暗

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9.钢铁表面镀有下列金属时,当镀层部分被 破坏时,铁不易被腐蚀的是 ( B ) A.Sn B.Zn C.Cu D.Ag 10.下列叙述中不正确的是 ( CD) A、金属的电化腐蚀比化学腐蚀普遍 B、钢铁在干燥空气里不易腐蚀 C、用铝质铆钉铆接铁板,铁板易被腐蚀 D、原电池中电子由正极流入负极
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11.下列事实不能用电化学理论解释的是(CD ) A. 轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的 锌块 B.镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用 C. 铝片不用特殊方法保存 D.常温下铝跟稀硫酸快速反应,跟浓硫酸几 乎不反应

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12.为保护地下钢管不被腐蚀,可采用的方 法是( AD ) A、与直流电源负极相连接 B、与直流电源的正极相连接 C、与铜板相连接 D、与锌板相连接 13.自来水管与下列材料做成的水龙头连接, 锈蚀最快的铁水管连接的是 ( A ) A、铜水龙头 B、铁水龙头 C、塑料水龙头 D、陶瓷水龙头
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14.(07年高考广东化学卷)为了避免青铜器生成 铜绿,以下方法正确的是( BD ) A 将青铜器放在银质托盘上 B 将青铜器保存在干燥的环境中 C 将青铜器保存在潮湿的空气中 D 在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜

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